ACELERADOR DE PARTICULAS

Los aceleradores de partículas son instrumentos que utilizan campos electromagnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente hasta alcanzar velocidades (y por tanto energías) muy altas, pudiendo ser cercanas a la de la luz, y así, colisionarlas con otras partículas. Además estos instrumentos son capaces de contener estas partículas. Un acelerador puede ser un tubo de rayos catódicos ordinario, formando parte de las televisiones domésticas comunes o los monitores de los ordenadores. Hasta grandes instrumentos que permiten explorar el mundo de lo infinitamente pequeño, en búsqueda de los elementos fundamentales de la materia. Ese estudio de partículas, tanto inestables como estables, puede ser en un futuro útil para el desarrollo de la medicina, la exploración espacial, tecnología electrónica, etcétera.

Un acelerador de partículas consiste esencialmente en un gran anillo hueco en el que se intercalan grandes fuentes de energía eléctrica y grandes imanes en los que se inyectan electrones, iones o protones. (Brains, 2010) . Estas partículas elementales se aceleran a velocidades de hasta el 99% de la velocidad de la luz y colisionan a las más altas energías que el hombre conoce. En estos choques se generan nuevas partículas subatómicas cuyo tiempo de vida es ínfimo, pero suficiente para poder ser estudiadas

ESTACIONES DETECTORAS

Los haces de partículas se aceleran inicialmente en una su cadena de anillos menores hasta que alcanzan la energía de 0,45 Tera electrón-voltios. De ahí pasan al gran acelerador del LHC, donde alcanzan energías de hasta siete Tera electrón-voltios. Un Tera electrón-voltio es aproximadamente la energía cinética de un mosquito volando. Aunque parezca una energía pequeña, lo extraordinario es que las partículas que concentran esa energía en el LHC tienen un volumen un billón de veces menor que el de un mosquito. L os haces de partículas acelerados en el LHC chocan en dispositivos especiales, las unidades detectoras, donde las nuevas partículas generadas se hacen visibles durante unos instantes a través de las trayectorias que describen, de los cambios energéticos detectados o de cambios predichos por los físicos en los campos magnéticos o eléctricos. Cada haz de partículas consiste en unos 3.000 sub-haces, cada uno de los cuales contiene unos 100 billones de partículas. Pero éstas son tan pequeñas que cuando los haces chocan no provocan más de 20 colisiones por cada 200 billones de partículas. Los haces llegan a chocar hasta 30 millones de veces en un segundo, lo que quiere decir que en el LHC se generarán hasta 600 millones de choques en cada segundo. Cada una de estas colisiones se ha de filtrar para que sus datos sean analizados por un gigantesco sistema de ordenadores -el GRID-, cuyos datos serán estudiados por los físicos. El LHC está dotado de cuatro estaciones detectoras: el CMS, ALICE, ATLAS y LCHb

Aceleradores de altas energías

Aceleradores lineales

Los aceleradores lineales (muchas veces se usa el acrónimo en inglés linac) de altas energías utilizan un conjunto de placas o tubos situados en línea a los que se les aplica un campo eléctrico alterno. Cuando las partículas se aproximan a una placa se aceleran hacia ella al aplicar una polaridad opuesta a la suya. Justo cuando la traspasan, a través de un agujero practicado en la placa, la polaridad se invierte, de forma que en ese momento la placa repele la partícula, acelerándola por tanto hacia la siguiente placa. (2014)Generalmente no se acelera una sola partícula, sino un continuo de haces de partículas, de forma que se aplica a cada placa un potencial alterno cuidadosamente controlado de forma que se repita de forma continua el proceso para cada haz.

Aceleradores circulares

En estos aceleradores, como en el caso de los aceleradores lineales, las partículas son aceleradas a lo largo de su recorrido usando campos eléctricos, pero son obligadas a recorrer una trayectoria circular mediante un campo magnético (para ello suelen utilizarse poderosos imanes). En un acelerador de este tipo las partículas dan muchas vueltas y reciben múltiples impulsos de energía en cada giro, de manera que finalmente se puede lograr así obtener partículas con velocidades muy grandes. Por esta razón, se prefiere los aceleradores circulares cuando se busca tener colisiones de partículas de muy alta energía (es decir, muy altas velocidades, cercanas a la de la luz), ya que para conseguir partículas de esas energías en un Linac se necesitarían longitudes enormes para el tubo de aceleración (Aldazabal, 2015).

EL CICLOTRON

Es el primer acelerador circular, fue construido por E. O. Lawrence y S. Livingston en 1931. Desde entonces se han hecho muchos avances y las energías alcanzables se han incrementado enormemente. El colisionador LEP en CERN es alrededor de dos millones de veces más potente que el primer ciclotrón.

Entre los grandes aceleradores utilizados para el estudio de la física de las interacciones fundamentales se encuentran:

Partículas aceleradas

Las partículas aceleradas pueden alcanzar energías de hasta 1 Tev. Como productos de la colisión se crean numerosas partículas que salen en todas las direcciones. Escondidas entre algunos miles de millones de esas nuevas partículas, pudieron detectarse recientemente (en 1995) algunas que fueron identificadas como el quark "top", que tiene una masa de aproximadamente 100 veces la del protón. (particleadventure, 2015) “Se encontró así el último de los quarks”, que todavía no había detectado experimentalmente pero que el Modelo Estándar (la teoría que explica las partículas elementales de materia y sus interacciones fundamentales) predecía.

Generación de partículas

El bosón de Higgs

Es un tipo de partícula elemental que se cree tiene un papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa en el Universo.

La confirmación o refutación de su existencia es uno de los objetivos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo que opera el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en la frontera franco-suiza, cerca de Ginebra. (colpisa, 2012)

¿Por qué es tan importante el bosón de Higgs?

Porque es la única partícula predicha por el Modelo Estándar de Física de Partículas que aún no ha sido descubierta. El modelo estándar describe perfectamente las partículas elementales y sus interacciones, pero queda una parte importante por confirmar, precisamente la que da respuesta al origen de la masa. Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como la conocemos, por lo que tampoco habría química, ni biología ni existiríamos nosotros mismos.

Para explicar esto, varios físicos, entre ellos el británico Peter Higgs, postularon en los años 60 del siglo XX un mecanismo que se conoce como el campo de Higgs (guerrero, 2013). Al igual que el fotón es el componente fundamental del campo electromagnético y de la luz, el campo de Higgs requiere la existencia de una partícula que lo componga, que los físicos llaman bosón de Higgs.

Trabajos citados

Aldazabal, G. (27 de febrero de 2015). Gerardo Aldazabal. Obtenido de Gerardo Aldazabal: http://www2.cab.cnea.gov.ar/divulgacion/aceleradores/m_aceleradores_fiv.html

Brains, L. (2010). gnfisica. Obtenido de https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/08/aceleradores-de-particulas.pdf

colpisa. (6 de julio de 2012). colpisa. Obtenido de colpisa: http://www.lavozdegalicia.es/noticia/sociedad/2012/07/04/boson-higgs-importante/00031341426666016949655.htm

guerrero, t. (10 de diciembre de 2013). El CERN se renueva tras el hallazgo del bosón de Higgs. el mundo, pág. 4. Obtenido de http://www.elmundo.es/ciencia/2013/12/09/52a25154684341d5768b4590.html

particleadventure. (2015). Obtenido de particleadventure: http://www.particleadventure.org/spanish/lin_circs.html